電動機(jī)(Motor)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子(如鼠籠式閉合鋁框)形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動機(jī)按使用電源不同分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī),電力系統(tǒng)中的電動機(jī)大部分是交流電機(jī),可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)(電機(jī)定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速)。電動機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成,通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動的方向跟電流方向和磁感線(磁場方向)方向有關(guān)。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用,使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。
電機(jī)其運(yùn)行模式基于定子和轉(zhuǎn)子之間空氣間隙中的一個磁場。這組設(shè)備中最為重要、最為常用的機(jī)器是鼠籠式異步交流感應(yīng)電機(jī)。其特點(diǎn)如下:
設(shè)計簡單而堅固
運(yùn)行可靠性高
運(yùn)行維護(hù)簡單
價格低廉
在電氣 驅(qū)動技術(shù)中,一般使用下列電動機(jī):
異步交流電機(jī)(鼠籠式轉(zhuǎn)子、滑環(huán)式轉(zhuǎn)子、力矩電機(jī))
異步單相交流電機(jī)
異步或同步伺服電機(jī)
直流電機(jī)
由于帶有變頻器的交流電機(jī)提供更好、更簡單、維護(hù)量更低的速度控制,帶滑環(huán)的直流和交流電機(jī)的相關(guān)性越來越低。如果將一臺電動機(jī)(如交流電機(jī))與一臺 減速機(jī)進(jìn)行組合,就得到一臺 減速電機(jī)。拋開電動機(jī)的電氣原理不談,從電動機(jī)的機(jī)械設(shè)計角度來看,電動機(jī)在減速機(jī)上的安裝方式變得尤為重要。
轉(zhuǎn)子
在轉(zhuǎn)子疊片鐵芯的槽中,有一個壓入或插入的繞組(例如,由鋁和/或銅制成)。該繞組被兩端由相同材料制成的環(huán)短路。帶有短路環(huán)的長條讓人聯(lián)想到一個籠子。這是交流電機(jī)第二個常用名的由來:“鼠籠式電機(jī)。”
定子
用合成樹脂封裝的繞組插入定子疊片鐵芯上的半封閉槽中。線圈的數(shù)目和寬度不盡相同,以獲得不同的極數(shù)(=轉(zhuǎn)速)。疊片鐵芯與電機(jī)殼共同構(gòu)成定子。
端罩
端罩由鋼、灰口鑄鐵或壓鑄鋁制成,封住電動機(jī)的A側(cè)和B側(cè)。過渡到定子時的構(gòu)造設(shè)計決定了電機(jī)的IP防護(hù)等級。
轉(zhuǎn)子軸
轉(zhuǎn)子側(cè)疊片鐵芯連到一根鋼軸上。兩個軸端穿過A側(cè)和B側(cè)的端罩。輸出軸端安裝在A側(cè)(設(shè)計為減速電機(jī)的一個小齒輪軸端);風(fēng)扇及其風(fēng)扇冷卻翼和/或機(jī)械制動器和編碼器等輔助系統(tǒng)安裝在B側(cè)。
電機(jī)殼
當(dāng)額定功率為低到中時,電機(jī)殼可由壓鑄鋁制成。但是,功率等級高于這些等級的所有電機(jī)的外殼由灰口鑄鐵制成。定子繞組在其中進(jìn)行端接的一個接線盒連至一個接線排,因?yàn)榭蛻舳说碾姎膺B接附到外殼上。散熱片擴(kuò)大了外殼的表面積,還可促進(jìn)余熱向環(huán)境的排放。
風(fēng)扇、風(fēng)扇護(hù)罩
B側(cè)軸端的一臺風(fēng)扇裝有防護(hù)罩。該防護(hù)罩引導(dǎo)轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的氣流通過外殼上的散熱片,與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向無關(guān)。一個可選頂蓋可防止(?。┘诎惭b位置垂直時落入風(fēng)扇罩格柵中。
軸承
A側(cè)和B側(cè)端罩中的軸承通過機(jī)械方式將轉(zhuǎn)動件連到固定件上。通常采用深溝球軸承。很少使用圓柱滾子軸承。軸承尺寸取決于有關(guān)軸承需要吸收的力和速度。不同類型的密封系統(tǒng)確保軸承中所需的潤滑性能保持不變,油和/或油脂不會逸出。
定子的對稱三相繞組系統(tǒng)連接至具有適當(dāng)電壓和頻率的三相電流電力系統(tǒng)。具有相同振幅的正弦電流在三個繞組相中的每一相中流動。各電流暫時互差120°。由于相位在空間上也相差120°,定子建立起一個隨著所施加的電壓的頻率旋轉(zhuǎn)的磁場。
該旋轉(zhuǎn)磁場 – 或簡稱旋轉(zhuǎn)場 – 在轉(zhuǎn)子繞組或轉(zhuǎn)子條中感應(yīng)出一個電壓。由于繞組被環(huán)短路,短路電流產(chǎn)生流動。這些電流與旋轉(zhuǎn)場一起形成力并在轉(zhuǎn)子半徑上并產(chǎn)生一個扭矩,此扭矩加快了轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)場方向上的速度。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加,轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的電壓的頻率下降。這是因?yàn)樾D(zhuǎn)場速度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差變小了。
此時感應(yīng)電壓降低,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子籠中的電流減小,從而降低了作用力和扭矩。如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)場的速度相同,將會同步旋轉(zhuǎn),不會感應(yīng)出電壓,并且電機(jī)將因而無法產(chǎn)生任何扭矩。但是,軸承中的負(fù)載扭矩和摩擦扭矩導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度和旋轉(zhuǎn)場速度之間產(chǎn)生一個差,并且這導(dǎo)致加速扭矩和負(fù)載扭矩出現(xiàn)平衡。電機(jī)異步運(yùn)行。
此差異的大小隨著電機(jī)負(fù)載的變化而增加或減小,但從不為零, 因?yàn)槟Σ亮κ冀K存在, 即使在空載運(yùn)行中也是如此。如果負(fù)載扭矩超過了電機(jī)所能產(chǎn)生的最大加速扭矩,則電機(jī)“失速”,進(jìn)入一個可能導(dǎo)致熱損壞的、不允許存在的運(yùn)行狀態(tài)。
旋轉(zhuǎn)場速度與功能所需的機(jī)械速度之間的相對運(yùn)動被定義為滑動量“s”,并作為旋轉(zhuǎn)場速度的一個百分比。具有較低額定功率的電機(jī)有10%到15%的滑動量。 額定功率較高的電機(jī)有2%到5%的滑動量。
交流電機(jī)由電壓供應(yīng)系統(tǒng)供電并將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 – 即速度和扭矩。如果電機(jī)運(yùn)行時沒有損耗,則輸出機(jī)械功率Pout將與輸入電功率 Pin一致。
但是,交流電機(jī)中也會出現(xiàn)損耗,只要有能量轉(zhuǎn)化,該損耗就不可避免:載流導(dǎo)體中的熱積聚引起的銅損PCu和條損PZ。具有線頻率的疊片鐵芯再磁化過程中熱積聚所導(dǎo)致的鐵損PFe。軸承中的摩擦導(dǎo)致的摩擦損失PRb和使用空氣進(jìn)行冷卻所導(dǎo)致的空氣損失。機(jī)器的能效被定義為輸出和輸入功率的比率。